Biochemie is een tak van de biologie die de chemische samenstelling van zowel individuele cellen als het hele organisme bestudeert. Het is bekend dat bijna 98% van de celinhoud zuurstof-, koolstof-, stikstof- en waterstofatomen omvat. Deze chemische elementen worden organogeen genoemd. 1,8% v alt op kalium, natrium, magnesium, chloor, fosfor. In het menselijk lichaam maken ze deel uit van minerale zouten en hebben ze de vorm van eenvoudige of complexe ionen, die zorgen voor het normale verloop van metabolische reacties. Zo bevatten de belangrijkste celverbindingen die verantwoordelijk zijn voor de overdracht van erfelijke eigenschappen - nucleïnezuren - anionen van zuurresten van orthofosforzuur.
Fosforhoudende ionen zitten ook in ATP-moleculen, waarvan de energievoorziening van cellen afhangt. In dit artikel zullen we voorbeelden geven die de belangrijkede rol van fosfor in het menselijk lichaam en het effect ervan op de stofwisseling.
Covalente polaire bindingen en hun betekenis
De basis van de structuur van organische stoffen waaruit levende materie bestaat, is het vermogen van hun moleculen om een bepaald type chemische binding te vormen. Het wordt covalent polair genoemd en, ontstaan tussen de atomen van niet-metalen, bepa alt de belangrijkste chemische kenmerken van verbindingen. Biochemie, het bestuderen van de samenstelling van de moleculen van stoffen die de cellen van planten, schimmels, dieren binnenkomen, heeft hun chemische samenstelling vastgesteld. Het bleek dat ze naast stikstof, koolstof, zuurstof ook fosfor bevatten. In het menselijk lichaam komt het niet in vrije staat voor, omdat het een zeer giftige stof is. Daarom heeft het element in levende systemen de vorm van anionen van meta-, ortho- of pyrofosforzuur, die het vermogen hebben om bindingen te vormen met metaalkationen. In welke stoffen van de cel kunnen ze worden gevonden?
Fosfor in complexe organische moleculen
Eiwitten van het skelet, hormonen, vitamines en lipiden vormen complexe verbindingen met fosforhoudende complexe ionen. In het menselijk lichaam zijn er complexe verbindingen - fosfolipiden en fosfoproteïnen, die deel uitmaken van de moleculen van biologisch actieve stoffen - enzymen en steroïden. Covalente polaire bindingen in DNA- en RNA-nucleotiden zorgen voor de vorming van fosfodiesterbindingen in nucleïnezuurketens. Waarom is fosfor nodig in het menselijk lichaam en wat zijn de functies ervan in de stofwisseling? Laten we deze vraag eerst bekijken op het cellulaire niveau van de organisatie.
De plaats van fosfor in de elementaire samenstelling van de cel
Volgens het geh alte in het cytoplasma en organellen (0,2-1%) staat niet-metaal op de vierde plaats na organogene elementen. Het meest verzadigd met fosforverbindingen zijn de cellen van het bewegingsapparaat - osteocyten, de substantie van tandweefsel - dentine. Hun geh alte is hoog in neuronen en neuroglia, die het zenuwstelsel vormen. Fosforatomen komen voor in membraaneiwitten, nucleïnezuren en energie-intensieve stoffen - ATP-adenosinetrifosforzuur en in de gereduceerde vorm van nicotinamide-dinucleotidefosfaat - NADP×H2. Zoals je kunt zien, wordt fosfor in het menselijk lichaam aangetroffen in alle vitale structuren: cellen, weefsels, fysiologische systemen.
Het is bekend dat het niveau van homeostase van een cel, een open biologisch systeem, afhangt van de concentratie van verschillende ionen in het hyaloplasma en de intercellulaire vloeistof. Wat is de functie van fosfor bij het handhaven van de constantheid van de interne omgeving van het menselijk lichaam?
Buffersysteem
Vanwege de eigenschap van semi-permeabiliteit door het buitenmembraan, komen verschillende stoffen constant de cel binnen, waarvan een hoge concentratie de vitale activiteit nadelig kan beïnvloeden. Om de overmaat aan giftige ionen te neutraliseren, bevat het cytoplasma, samen met natrium-, kalium- en calciumkationen, zuurresten van carbonaat, sulfiet en fosforzuren. Ze kunnen reageren met een overmaat aan ionen die de cel zijn binnengekomen en de constantheid van de intracellulaire inhoud regelen. Het buffersysteem omvat, naast ionen van zwakke zuren, noodzakelijkerwijs anionenNRO42- en N2RO4 - met fosfor. In het menselijk lichaam zorgt het als onderdeel van het buffersysteem voor het fysiologisch normale verloop van metabolische reacties op cellulair niveau.
Oxidatieve fosforylering
De afbraak van organische verbindingen in een cel wordt aerobe ademhaling genoemd. De locatie is de mitochondriën. Enzymcomplexen bevinden zich op de binnenste plooien - de cristae van organellen. Het ATP-ase-systeem bevat bijvoorbeeld elektronendragermoleculen. Dankzij reacties die worden gekatalyseerd door enzymen, wordt ATP gesynthetiseerd uit ADP en vrije moleculen van fosforzuur - de universele energiesubstantie van cellen, die wordt besteed aan hun reproductie, groei en beweging. De vorming ervan kan worden weergegeven als een vereenvoudigd reactieschema: ADP + F=ATP. Vervolgens hopen adenosinetrifosforzuurmoleculen zich op in het cytoplasma. Ze dienen als energiebron voor het uitvoeren van mechanische arbeid, bijvoorbeeld in het spierstelsel en bij plastische uitwisselingsreacties. Bijgevolg speelt fosfor in het menselijk lichaam een leidende rol in het energiemetabolisme.
Fosfodiësterbindingen van erfelijke moleculen
Een hoog geh alte aan atomaire fosfor wordt geregistreerd in de celkern, aangezien het element deel uitmaakt van nucleïnezuren. Ze werden in de 19e eeuw ontdekt door de Zwitserse wetenschapper F. Miescher. Het zijn biopolymeren en bestaan uit monomeren - nucleotiden. Fosfor aanwezigzowel in de purine- en pyrimidinebasen zelf, als in de bindingen die de RNA-ketens en de DNA-supercoil vormen. Nucleïnezuurmonomeren zijn in staat polymeerstructuren te vormen vanwege het ontstaan van covalente bindingen tussen de pentose- en fosforzuurresten van aangrenzende nucleotiden. Ze worden fosfodiesters genoemd. De vernietiging van DNA- en RNA-moleculen die in menselijke cellen optreedt onder invloed van harde gammastraling of als gevolg van vergiftiging met giftige stoffen, vindt plaats door het verbreken van fosfodiesterbindingen. Het zorgt ervoor dat cellen afsterven.
Biologische membranen
Structuren die de interne inhoud van de cel beperken, bevatten ook fosfor. In het menselijk lichaam v alt tot 40% van het droge lichaamsgewicht op verbindingen die fosfolipiden en fosfoproteïnen bevatten. Het zijn de hoofdbestanddelen van de membraanlaag, die ook stoffen als eiwitten en koolhydraten bevat. Een hoog geh alte aan fosfor is kenmerkend voor de membranen van neurocyten en hun processen - dendrieten en axonen. Fosfolipiden geven membranen plasticiteit en door de aanwezigheid van cholesterolmoleculen ook sterkte. Ze spelen ook de rol van tweede boodschappers - signaalmoleculen die activatoren zijn van effectoreiwitten die betrokken zijn bij de geleiding van een zenuwimpuls.
Schildklieren en hun rol in het fosformetabolisme
Lijkend op erwten, liggend op beide lobben van de schildklier en met een gewicht van 0,5-0,8 g elk, scheiden de bijschildklieren parathyroïdhormoon af. Het regelt de uitwisseling van elementen zoals:calcium en fosfor in het menselijk lichaam. Hun functies zijn om in te werken op osteocyten en osteoblasten - cellen van het skelet, die, onder invloed van het hormoon, zouten van fosforzuur in de extracellulaire vloeistof beginnen af te geven. Met hyperfunctie van de bijschildklieren verliezen menselijke botten kracht, worden ze zachter en vallen ze in elkaar, het fosforgeh alte daarin da alt sterk. Op dit moment neemt het risico op fracturen van de wervelkolom, bekkenbotten en heupen, die het leven van de patiënt bedreigen, toe. Tegelijkertijd neemt de hoeveelheid calcium toe. Dit leidt tot hypercalciëmie met symptomen van perifere zenuwbeschadiging en een daling van de skeletspierspanning. Parathyroïdhormoon werkt ook in op de nieren, waardoor de reabsorptie van fosforzouten uit de primaire urine wordt verminderd. Een toename van fosfaat in de weefsels van de nieren veroorzaakt hyperfosfaturie en de vorming van stenen.
Bone minerale samenstelling
De hardheid, sterkte en elasticiteit van het ondersteuningssysteem hangt af van de chemische samenstelling van botweefselcellen. Osteocyten bevatten zowel organische verbindingen, zoals het eiwit osseïne, als anorganische stoffen die calcium- en magnesiumfosfaatzouten bevatten. Naarmate een persoon ouder wordt, neemt de hoeveelheid minerale componenten, zoals hydroxyapatieten, in osteocyten en osteoblasten toe. Abnormale mineralisatie van botweefsel, de ophoping van calciumzouten en overtollig fosfor in het menselijk lichaam leiden tot verlies van elasticiteit en sterkte van alle delen van het skelet, waardoor oudere mensen meer risico lopen op verwondingen en breuken.
Transformatie van fosforverbindingen in het lichaammens
De grootste spijsverteringsklier in het menselijk lichaam - de lever - speelt een leidende rol in het metabolisme van fosforbevattende stoffen. Ook bijschildklierhormonen en vitamine D beïnvloeden deze processen. De dagelijkse behoefte aan het element voor volwassenen is 1,0-2,0 gram, voor kinderen en adolescenten - tot 2,5 g Fosfor in de vorm van licht verteerbare zouten, evenals in complexen met eiwitten en koolhydraten, komt het menselijk lichaam binnen met voedsel.
Zonnebloem, pompoen, hennepzaden zijn ermee verzadigd. Er zit veel fosfor in dierlijke producten in kippenlever, rundvlees, harde kazen en vis. Een teveel aan fosfor in het lichaam kan optreden als gevolg van een schending van de reabsorptiefunctie van de nieren, onjuist gebruik van vitamines en een gebrek aan calcium in de voeding. Het negatieve effect van fosfor op het menselijk lichaam komt vooral tot uiting in de schade aan het cardiovasculaire systeem, de nieren en het botapparaat en kan wijzen op ernstige stofwisselingsstoornissen.
